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1、化学电源化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能。常见的电池大多是化学电源。它在国民经济、科学技术、军事和日常生活方面均获得广泛应用。但有好则有坏，费电池的处理废电池 废电池，就是使用过而废弃的电池。废电池对环境的影响及其处理方法尚有争议。很多人都认为废电池对环境危害严重，应集中回收。因此在电池带给我们无限好处时不要随意丢弃它，它对我们的危害不会是一天两天。干电池干电池也称一次电池，即电池中的反应物质在进行一次电化学反应放电之后就不能再次使用了。常用的有锌锰干电池、锌汞电池、镁锰干电池等。 锌锰干电池是日常生活中常用的干电池，其结构如右
2、图所示：正极材料：MnO2、石墨棒 负极材料：锌片 电解质：NH4Cl、ZnCl2及淀粉糊状物 电池符号可表示为 （） ZnZnCl2、NH4Cl（糊状）MnO2C（石墨） （） 负极：ZnZn22e 正极：2MnO22NH42eMn2O32NH3H2O 总反应：Zn2MnO22NH42Zn2Mn2O32NH3H2O 锌锰干电池的电动势为1.5V。因产生的NH3气被石墨吸附，引起电动势下降较快。如果用高导电的糊状KOH代替NH4Cl，正极材料改用钢筒，MnO2层紧靠钢筒，就构成碱性锌锰干电池，由于电池反应没有气体产生，内电阻较低，电动势为1.5V，比较稳定。酸性铅蓄电池铅蓄电池由一组充满海绵状
3、金属铅的铅锑合金格板做负极，由另一组充满二氧化铅的铅锑合金格板做正极，两组格板相间浸泡在电解质稀硫酸中，放电时，电极反应为： 负极：PbSO42PbSO42e 正极：PbO2SO42十4H2ePbSO42H2O 总反应：PbPbO22H2SO42PbSO4十2H2O 放电后，正负极板上都沉积有一层PbSO4，放电到一定程度之后又必须进行充电，充电时用一个电压略高于蓄电池电压的直流电源与蓄电池相接，将负极上的PbSO4还原成Pb，而将正极上的PbSO4氧化成PbO2，充电时发生放电时的逆反应： 阴极：PbSO42ePbSO42 阳极：PbSO42H2OPbO2SO424H2e 总反应：2PbSO
4、42H2OPbPbO22H2SO4 正常情况下，铅蓄电池的电动势是2.1V，随着电池放电生成水，H2SO4的浓度要降低，故可以通过测量H2SO4的密度来检查蓄电池的放电情况。铅蓄电池具有充放电可逆性好、放电电流大、稳定可靠、价格便宜等优点，缺点是笨重，常用作汽车和柴油机车的启动电源，坑道、矿山和潜艇的动力电源，以及变电站的备用电源。新型燃料电池燃料电池与前两类电池的主要差别在于：它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时不断从外界输入氧化剂和还原剂，同时将电极反应产物不断排出电池。燃料电池是直接将燃烧反应的化学能转化为电能的装置，能量转化率高，可达80%以上，而一般火电站热机效率
5、仅在3040之间。燃料电池具有节约燃料、污染小的特点。 燃料电池以还原剂（氢气、煤气、天然气、甲醇等）为负极反应物，以氧化剂（氧气、空气等）为正极反应物，中燃料极、空气极和电解质溶液构成。电极材料多采用多孔碳、多孔镍、铂、钯等贵重金属以及聚四氟乙烯，电解质则有碱性、酸性、熔融盐和固体电解质等数种。 以碱性氢氧燃料电池为例，它的燃料极常用多孔性金属镍，用它来吸附氢气。空气极常用多孔性金属银，用它吸附空气。电解质则由浸有KOH溶液的多孔性塑料制成，其电池符号表示为： NiH2KOH（30）O2Ag 负极反应：2H24OH4H2O4e 正极反应：O22H2O4e4OH 总反应：2H2O22H2O 电
6、池的工作原理是：当向燃料极供给氢气时，氢气被吸附并与催化剂作用，放出电子而生成H，而电子经过外电路流向空气极，电子在空气极使氧还原为OH，H和OH在电解质溶液中结合成H2O。氢氧燃料电池的标准电动势为1.229V。 氢氧燃料电池目前已应用于航天、军事通讯、电视中继站等领域，随着成本的下降和技术的提高，可望得到进一步的商业化作用。海洋电池海洋电池是我国首创的。该电池是以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为：4A1+3O2+6H2O=4A1(OH)3。 两极反应为： 负极：（Al）：4Al12e4Al3 正极：（Pt或Fe等）：3O26H2O十12e
7、12OH 海洋电池本身不含电解质溶液和正极活性物质，不放入海洋时，铝极就不会在空气中被氧化，可以长期储存。用时，把电池放入海水中，便可供电，其能量比干电池高2050倍。 电池设计使用周期可长达一年以上，避免经常交换电池的麻烦。即使更换，也只是换一块铝板，铝板的大小，可根据实际需要而定。 海洋电池大规模用于灯塔等海边或岛屿上的小规模用电，因为电线难以跨过海为灯塔供电，所以海洋电池的发明解决了这一难题。 银一锌电池电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小，有“纽扣”电池之称。它们的电极材料是Ag2O2和Zn，所以叫银一锌电池。电极反应和电池反应
8、是： 负极Zn+20H-2e-=ZnO+ H2O 正极Ag2O+H20+2e-=2Ag+20H- 电池总反应为：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag 利用上述化学反应也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点。这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面。 （三）钠硫电池它以熔融的钠作电池的负极，熔融的多硫化钠和硫作正极，正极物质填充在多孔的碳中，两极之间用陶瓷管隔开，陶瓷管只允许Na通过。放电分二步进行： 第一步放电 负极：NaNae 正极：2Na5S2eNa2S5（l） 总反应：2Na5SNa2S5（l） 负极上生成的Na通过陶瓷管，进入正极与硫进行作用，生成Na2S5，使正极成为S和Na2S5
9、现混合物，直到将破全部转化成Na2S5为止，当正极的硫被消耗完之后转为第二步放电反应。 第二步放电 负极：2Na2Na2e 正极：2Na4Na2S52e5Na2S4（l） 总反应：2Na4Na2S52e5Na2S4（l） 当Na2S5作用完后，电池放电转入后期工作。 第三步放电 负极：2Na2Na2e 正极：2NaNa2S42e2Na2S2（l） 总反应：2NaNa2S4N a2S2（l） 钠硫电池的电动势为2.08V，可作为机动车辆的动力电池。为使金属钠和多硫化钠保持液态，放电过程应维持在300左右。锂离子电池 锂离子电池原理结构：锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池。是现代高性能电池的代表。微生物燃料电池微生物燃料电池是可以将有机物中的化学能直接转化为电能的反应器装置。 随着研究的深入，微生物燃料电池已可以利用各种污水中所富含有机物质进行电 能的生产。它的发展不仅可以缓解日益紧张的能源危机以及传统能源所带来的温 室效应，同时也可以处理生产和生活中的各种污水。因此微生物燃料电池是一种 无污染、清洁的新型能源技术，其研究和开发必将受到越来越多的关注。- 2 -
